CN108174451B - 基于二次函数功率分布的卫星信道分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二次函数功率分布的卫星信道分配方法，根据发送功率将通信信道按照中间小、两边大的方式进行排列，使得相邻信道的发送功率尽可能接近，功率大的信道间隔尽可能远，从而降低了邻道干扰、改善了通信效果、提高了信道资源利用率。

Description

基于二次函数功率分布的卫星信道分配方法

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，具体是一种应用于FDMA卫星通信系统内的、基于二次函数功率分布的卫星信道分配方法。

背景技术

卫星通信技术是一种重要的无线通信手段，具有覆盖范围广、通信成本与距离无关、便于全球无缝链接等优点，在军事、远洋、抢险救灾等众多领域都有着广泛的应用。

卫星通信系统由卫星通信终端和网控中心软件组成，卫星通信终端在网控中心软件的管理控制下实现话音、视频、数据等卫星通信业务。对于FDMA卫星通信系统来说，所有卫星通信终端共享有限的卫星带宽资源，网控中心需要为卫星通信终端动态分配通信所使用的卫星信道，当多个卫星通信终端同时通信时，如何分配信道以保证良好的通信效果是卫星通信系统需要解决的核心问题。

常用的信道分配方法采用的是顺序分配的方式，在系统的带宽资源中顺序寻找能够满足通信需求的卫星信道，将第一个能够满足需求的带宽分配给卫星通信终端。这种顺序分配的方法实现简单，但是并未考虑由于卫星通信终端发送功率不同造成的邻道干扰。事实上，在一个卫星通信系统中可能存在不同类型的卫星通信终端，例如：便携式、车载式、固定式卫星通信终端，由于天线口径和功放的不同，各类卫星通信终端在通信时使用的发送功率也各不相同，因此，系统分配的卫星信道具有不同的发送功率。当不同功率的信道相邻时，大功率的信道会对小功率的信道产生干扰，直接影响通信效果。在使用顺序信道分配的系统，只能通过加大信道间的保护带宽来减少邻道干扰，但这样就降低了信道利用率，浪费了宝贵的带宽资源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二次函数功率分布的卫星信道分配方法，减少卫星信道分配过程中的邻道干扰，改善通信效果，提高带宽利用率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于二次函数功率分布的卫星信道分配方法，包括以下步骤：

(1)根据用户配置确定卫星通信系统可用最小频率f₁和最大频率f₂；

(2)根据系统内卫星通信终端的功放和天线口径确定发送功率的最小值p₁和最大值p₂；

(3)按照下面的公式计算c₁的值：

如果频率范围[c₁-0.5b,c₁+0.5b]未被占用，b是信道带宽，p是发送功率，设置待分配信道的中心频点为c₁，否则转(4)；

(4)按照下面的公式计算c₂的值：

如果频率范围[c₂-0.5b,c₂+0.5b]未被占用，设置待分配信道的中心频点为c₂，否则转(5)；

(5)(5)令f_c1为小于c₁的可用频率的最大值，f_c1’为大于c₁的可用频率的最小值，f_c2为小于c₂的可用频率的最大值，f_c2’为大于c₂的可用频率的最小值，计算c₁-f_c1、f_c1’-c₁、c₂-f_c2、f_c2’-c₂，得到使得上述差值最小的可用频率，记为f；

(6)若f＝f_c1且频率范围[f-b,f]未被占用，则设置待分配信道的中心频点为f-0.5b，否则转(7)；

(7)若f＝f_c1’，且频率范围[f,f+b]未被占用，则设置待分配信道的中心频点为f+0.5b，否则转(8)；

(8)若f＝f_c2，且频率范围[f-b,f]未被占用，则设置待分配信道的中心频点为f-0.5b，否则转(9)；

(9)此时f＝f_c2’，若频率范围[f,f+b]未被占用，则设置待分配信道的中心频点为f+0.5b，否则无法分配信道。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)减少了因相邻信道发送功率相差大造成的邻道干扰，改善了通信效果。(2)因为对保护带宽需求的减少，提高了卫星信道资源的利用率。

附图说明

图1为本发明基于二次函数功率分布的卫星信道分配方法的流程图。

图2为本发明分配信道的频率同功率的关系图。

具体实施方式

在卫星通信系统中，网控中心根据通信双方的站型、通信速率、编码方式等参数为卫星通信终端分配卫星信道和发送功率。假设系统可用的频率范围为闭区间[f₁,f₂]，使用三元组(c,b,p)表示一条通信信道，其中：c是信道中心频点，b是信道带宽，p是发送功率。根据业务速率、编码方式和卫星通信终端的功放、天线口径等参数，网控中心能够直接计算出信道带宽b和发送功率p，信道分配算法需要确定的是c的值，即信道中心频点在区间[f₁,f₂]中的位置。基于二次函数功率分布的卫星信道分配方法使p遵循以(f₁+f₂)/2为中心点的二次函数分布，从而将p较大的信道尽可能向区间[f₁,f₂]的两端分配，p较小的信道尽可能向区间[f₁,f₂]的中心分配，保证相邻信道功率差较小，高功率信道间隔远，以此降低信道间的干扰，提高通信效果。信道功率在区间[f₁,f₂]内的分布由下面的函数确定：

其中，p₁是卫星通信终端发送功率的最小值，p₂是卫星通信终端发送功率的最大值，f₁≤x≤f₂。当x＝(f₁+f₂)/2时，y值最小，等于p₁。当x＝f₁或x＝f₂时，y值最大，等于p₂。因此，对于信道(c,b,p)，已知p确定c的过程即为求解上述方程，计算使y＝p的x。对于确定的p，方程有两个解，分别是：

c₁和c₂均可作为信道的中心频点，在c₁和c₂均被占用的情况下，选择紧邻c₁或c₂处已有信道，同其相差半个带宽的频点作为待分配信道的中心频点。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

在真实的卫星通信系统中，网控中心同卫星通信终端间通过特定的通信协议交互控制信息。业务通信申请用卫星通信终端发起，一次业务通信涉及两条卫星信道的分配，分别是主叫卫星通信终端的发送信道和被叫卫星通信终端的发送信道，任何一个信道分配失败，此次通信便不能建立。如图1所示，在实际系统中，基于二次函数功率分布的卫星信道分配方法的流程如下：

(1)网控中心软件提供图形化用户界面供用户输入系统可使用的卫星带宽资源，网控中心在界面上提供文本框，要求用户输入：上行频率起始频点、上行频率终止频点、下行频率起始频点、下行频率终止频点。因为上行频率和下行频率的频差固定，网控中心在信道分配时只需要使用上行频率进行计算，系统记录用户输入的上行最小频率f₁和上行最大频率f₂。

(2)网控中心软件根据卫星通信终端的功放、天线口径和星地距离、卫星GT值、卫星增益、信息速率等参数按照链路计算公式计算出系统内卫星通信终端发送功率的最小值p₁和最大值p₂。

(3)网控中心同卫星通信终端间通过自定义的通信协议进行交互，卫星通信终端通过返向控制信道向网控中心发送入退网、呼叫申请、通信结束等信令，网控中心通过前向控制信道向卫星通信终端发送入退网应答、呼叫应答、信道分配等信令。信令结构如下表所述：

分配信道的频率同功率的关系如图2所示。

(4)网控中心接收到卫星通信终端的呼叫申请信令后，对呼叫申请信令进行解析，获取被叫卫星通信终端，检查被叫终端的状态，如果被叫未入网或者正在通信中则向主叫发送呼叫拒绝信令，信道分配终止，否则转(5)。

(5)根据主被叫的通信速率和编码方式计算出通信需要的信道带宽b。

(6)根据被叫的功放和天线口径，按照链路计算公式计算出主叫需要的发送功率p，按照下面公式计算频点c₁和c₂。

(6)检查频率范围[c₁-0.5b,c₁+0.5b]是否已被占用，如果未被占用，记录主叫使用的信道为频率范围[c₁-0.5b,c₁+0.5b]并转(13)，否则转(7)。

(7)检查频率范围[c₂-0.5b,c₂+0.5b]是否已被占用，如果未被占用，记录主叫使用的信道为频率范围[c₂-0.5b,c₂+0.5b]并转(13)，否则转(8)。

(8)查找小于频率c₁的可用频率的最大值fc₁，查找大于频率c₁的可用频率的最小值fc₁’，查找小于频率c₂的可用频率的最大值fc₂，查找大于频率c₂的可用频率的最小值fc₂’，计算四个频率差值：c₁-fc₁、fc₁’-c₁、c₂-fc₂、fc₂’-c₂。

(9)如果c₁-fc₁是四个差值中最小的，则检查频率范围[fc₁-b,fc₁]是否已被占用，如果未被占用，则记录主叫使用的信道为频率范围[fc₁-b,fc₁]并转(13)，如果已被占用则转(10)。

(10)如果fc₁’-c₁是四个差值中最小的，则检查频率范围[fc₁’,fc₁’+b]是否已被占用，如果未被占用，则记录主叫使用的信道为频率范围[fc₁’,fc₁’+b]并转(13)，如果已被占用则转(11)。

(11)如果c₂-fc₂是四个差值中最小的，则检查频率范围[fc₂-b,fc₂]是否已被占用，如果未被占用，则记录主叫使用的信道为频率范围[fc₂-b,fc₂]并转(13)，如果已被占用则转(12)。

(12)如果fc₂’-c₂是四个差值中最小的，则检查频率范围[fc₂’,fc₂’+b]是否已被占用，如果未被占用，则记录主叫使用的信道为频率范围[fc₂’,fc₂’+b]并转(13)，如果已被占用则向主叫发送呼叫拒绝信令，信道分配终止。

(13)此时已经为主叫卫星通信终端分配了发送信道，现将主、被叫卫星通信终端互换，重复上述(5)至(12)步，为被叫卫星通信终端分配发送信道。

(14)如果被叫的发送信道也能够分配成功，则分别向主叫和被叫卫星通信终端发送信道分配信令，包含信道的起始频率和终止频率。如果无法为被叫卫星通信终端分配信道，则释放主叫占用的频率范围，向主叫卫星通信终端发送呼叫拒绝信令，终止信道分配过程。

综上所述，本发明提出的方法根据发送功率将通信信道按照中间小、两边大的方式进行排列，使得相邻信道的发送功率尽可能接近，功率大的信道间隔尽可能远，从而达到降低邻道干扰、改善通信效果、提高信道资源利用率的目的。

Claims (1)

1.一种基于二次函数功率分布的卫星信道分配方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)根据用户配置确定卫星通信系统可用最小频率f₁和最大频率f₂；

(2)根据系统内卫星通信终端的功放和天线口径确定发送功率的最小值p₁和最大值p₂；

(3)按照下面的公式计算c₁的值：

如果频率范围[c₁-0.5b,c₁+0.5b]未被占用，b是信道带宽，p是发送功率，设置待分配信道的中心频点为c₁，否则转(4)；

(4)按照下面的公式计算c₂的值：

如果频率范围[c₂-0.5b,c₂+0.5b]未被占用，设置待分配信道的中心频点为c₂，否则转(5)；

(5)令f_c1为小于c₁的可用频率的最大值，f_c1’为大于c₁的可用频率的最小值，f_c2为小于c₂的可用频率的最大值，f_c2’为大于c₂的可用频率的最小值，计算c₁-f_c1、f_c1’-c₁、c₂-f_c2、f_c2’-c₂，选择上述四个差值最小的一个对应的可用频率，记为f；

(6)若f＝f_c1且频率范围[f-b,f]未被占用，则设置待分配信道的中心频点为f-0.5b，否则转(7)；

(7)若f＝f_c1’，且频率范围[f,f+b]未被占用，则设置待分配信道的中心频点为f+0.5b，否则转(8)；

(8)若f＝f_c2，且频率范围[f-b,f]未被占用，则设置待分配信道的中心频点为f-0.5b，否则转(9)；

(9)此时f＝f_c2’，若频率范围[f,f+b]未被占用，则设置待分配信道的中心频点为f+0.5b，否则无法分配信道。